FORMAÇÃO DA SEMENTE DE ANGIOSPERMAS MULTIPLICAÇÃO DE PLANTAS REPRODUÇÃO VIA SEXUADA: SEMENTES Julio Marcos Filho Tecnologia de Sementes Depto. Produção Vegetal USP/ESALQ Produção de um novo organismo, com intervenção de células ou núcleos sexuais Há renovação do indivíduo PROPAGAÇÃO VIA ASSEXUADA: Partes vegetativas, células e tecidos da planta, com capacidade de regeneração Manutenção de clones MULTIPLICAÇÃO DE PLANTAS PROPAGAÇÃO R E P R O D U Ç Ã O CICLO SEXUADO (n) RECOMBINAÇÃO GÊNICA (2n) NOVO INDIVÍDUO CICLO ASSEXUADO (2n) MANUTENÇÃO GÊNICA (2n) ESTABELECIMENTO DO CLONE Diagrama ilustrativo das formas de multiplicação dos vegetais (Scarpare Filho e Almeida, 2002) P R O P A G A Ç Ã O VEGETATIVA (Propágulos) Natural (bulbos, tubérculos, rizomas...) Artificial (estaquia, enxertia, micropropagação, sementes artificiais) APOMIXIA (sementes assexuadas ) Propágulo: parte da planta utilizada para propagação FORMAÇÃO DA SEMENTE FORMAÇÃO DA SEMENTE REINO VEGETAL : 350.000 espécies descritas 250.000 multiplicadas por sementes REPRODUÇÃO: transição da fase vegetativa para a reprodutiva alteração na atividade de gemas: percepção de estímulos MERISTEMAS: Tecidos vivos, ainda não diferenciados, que se multiplicam por divisões mitóticas, formando novos tecidos que dão origem apartes específicas da planta. FLORESCIMENTO INÍCIO DA FASE DO CICLO DE VIDA VEGETAL QUE CULMINA COM A FORMAÇÃO DA SEMENTE São sinônimos de tecidos embrionários e cons- tituem primórdios vegetativos (raiz, caule, folhas) ou reprodutivos (órgãos florais) 1
INDUÇÃO FLORAL FLORESCIMENTO SEMENTE Fase vegetativa juvenil Alteração fisiológica que permite o desenvolvimento de primórdios reprodutivos, sob o estímulo de fatores ambientais - Água ZIGOTO Ciclo de uma planta multiplicada por sementes PLANTA EM VEGETAÇÃO - Fotoperíodo - Agentes químicos: fitohormônios - Temperatura: somas térmicas, redução da temperatura, vernalização Fase reprodutiva adulta FLOR PLANTA ADULTA Indução Fase vegetativa adulta Plantas anuais: ciclo em uma estação de crescimento Transição Vernalização Plantas bienais: ciclo em duas estações de crescimento Plantas perenes: vivem mais de dois anos; repetem anualmente o ciclo vegetativo eo reprodutivo, apartir da época em que superam o período juvenil Período juvenil: plantas não sensíveis a estímulos Fase vegetativa juvenil Fase vegetativa adulta Primeira estação de crescimento Fase reprodutiva adulta Segunda estação de crescimento INICIAÇÃO FLORAL FLORESCIMENTO Expressão morfológica do estado induzido, que ocorre em tecidos meristemáticos pólen antera estigma FLORES - Conceito -Partes - Tipos: quanto às partes e ao sexo filete pedúnculo estilete ovário óvulo Corte longitudinal de uma flor completa e perfeita 2
FLORES - Tipos quanto às partes Completa x Incompleta Perfeita x Imperfeita Flores imperfeitas ou unissexuadas FLORES - Tipos quanto sexo Hermafrodita Unissexuada - Planta quanto ao sexo Hermafrodita Unissexuada Monóica Dióica Andromonóica Androginóica FORMAÇÃO DO GRÃO DE PÓLEN (microsporogênese) ar ep en 1 2 con 3 tap cmgp 5 tt lp ex cr 4 po 6 in cv 7 3
FORMAÇÃO DO SACO EMBRIONÁRIO (macrosporogênese) Tipos de grãos de pólen mi sc pr nc sc pr mi nc a b c d e f ar três células degeneram célula mãe funcional ar meiose célula mãe funcional mitose I mitose II mitose III sg mi oo ova POLINIZAÇÃO TIPOS pr sc nc ant np ov fn AUTOPOLINIZAÇÃO: citros, alface, tomate, quiabo, fumo, soja, berinjela, arroz, trigo, algodão, amendoim, feijão, cevada, ervilha, pimentão... 4
POLINIZAÇÃO CRUZADA: milho, centeio, crotalária, sorgo, cebola, repolho e demais brássicas, mamona, maracujá, cenoura, cucurbitáceas, girassol, milheto, alfafa, maçã, manga, mamão, pera, pecã, espinafre, pimentão, berinjela Polinização cruzada AGENTES DE POLINIZAÇÃO VENTO: AGENTES DE POLINIZAÇÃO VENTO: características do pólen e da estrutura floral Dispersão do Pólen pelo Vento - Características do pólen e da estrutura floral 5
AGENTES INSETOS: características do pólen e da dispersão principais insetos polinizadores AGENTES INSETOS Polinização Girassol (Unghiatti) MIOFILIA (Moscas) CANTAROFILIA (Coleópteros) AGENTES INSETOS AGENTES e Rojas ORNITOFILIA Diptera Lepidoptera AGENTES ÁGUA flores masculinas MORCEGOS QUIROPTEROFILIA Vallisneria sp. flores femininas HOMEM 6
DIFICULDADES PARA A POLINIZAÇÃO DIFICULDADES PARA A POLINIZAÇÃO DICOGAMIA PROTANDRIA PROTOGINIA manga, milheto, couve-flor, Magnolia, Primula milho, cenoura, cebola, pecã DIFICULDADES PARA A POLINIZAÇÃO AUTOINCOMPATIBILIDADE Heterostilia, Genética repolho, crotalaria, maracujá, girassol, rabanete, centeio, pimentão, laranja Pimentão: variações nas posições do estigma e das anteras afetam a intensidade de ocorrência da polinização cruzada Produção de sementes híbridas de couve-flor, utilizando a autoincompatibilidade As linhagens são diferenciadas pela coloração das flores. e Rojas 7
tubo polínico abortado tubo polínico normal FECUNDAÇÃO - GERMINAÇÃO DO TUBO POLÍNICO Turgor celular, concentração de Boro, gradiente de concentração de Cálcio, liberação de enzimas pelo estilete (a) (b) (c) Auto incompatibilidade germinação do grão de pólen saco embrionário tubo polínico óvulo ovário Grão de pólen de mostarda silvestre germinando no estigma lp Antera FECUNDAÇÃO 1. SINGAMIA: Estigma Grão de pólen núcleo reprodutivo (n) + oosfera (n) ZIGOTO (2n) EMBRIÃO Tubo polínico 8
FECUNDAÇÃO 2. FUSÃO TRIPLA: núcleo reprodutivo (n) + núcleos polares (2n) NÚCLEO DO ENDOSPERMA (3n) núcleo vegetativo gametas masculinos 1 núcleos polares gametas masculinos núcleo do endosperma ENDOSPERMA (?) tubo polínico 2 zigoto CARACTERÍSTICAS GENÉTICAS DO NOVO INDIVÍDUO SÃO TRANSMITIDAS ATRAVÉS DE GENES LOCALIZADOS NOS CROMOSSOMOS DOS GAMETAS A partir da primeira divisão do zigoto, a base estrutura padrão do embrião e o destino das células já se torna evidente GLOBULAR CORAÇÃO TORPEDO FORMAÇÃO COTILÉDONES Henk Hilhorst Histodiferenciação Feijão: desenvolvimento inicial do embrião e plântula formada Folhas primárias cotilédones epicótilo hipocótilo Sistema radicular - RADÍCULA PARTES DO EMBRIÃO - HIPOCÓTILO: região de transição vascular entre raiz e caule - COTILÉDONE(S): Dicotiledôneas armazenamento de reservas ou folhas embrionárias Monocotiledôneas proteção ao eixo embrionário e transferência de reservas do endosperma - PLÚMULA: massa de células meristemáticas gema apical - EPICÓTILO: presente na plúmula, em forma meristemática ou desenvolvido e identificável - Mesocótilo: primeiro nó do epicótilo - Coleorriza, coleoptilo, epiblasto, raízes seminais (nó cotiledonar) 9
Radícula Plúmula Hipocótilo Cotilédones Eixo embrionário Plúmula + Folhas Primárias Cotilédones Hipocótilo Raiz Primária Feijão Cotilédones SEMENTE DE ERVILHA COTILÉDONE TEGUMENTO Pericarpo Endosperma cotilédone (escutelo): proteção ao eixo e transferência de reservas coleoptilo plúmula (folhas primárias) coleorriza raízes seminais (nó cotiledonar) radícula coleoptilo plúmula SEMENTE DE ABÓBORA EIXO EMBRIONÁRIO raízes seminais raiz primária EMBRIÃO DO MILHO EM GRAMÍNEAS, O EMBRIÃO TAMBÉM PODE APRESENTAR O EPIBLASTO E HÁ AUTORES QUE CONSIDERAM O MESOCÓTILO DESENVOLVIMENTO DO ENDOSPERMA NÚCLEO DO ENDOSPERMA divisões diferenciação ENDOSPERMA zg ne TECIDO DE RESERVA GERMINAÇÃO nl pe SEMENTES ALBUMINOSAS: monocotiledôneas, mamona, café, alface, seringueira, tomate, beterraba celular (tomate) nuclear (gramíneas, mamona, maçã) pe helobial 10
DESENVOLVIMENTO DO ENDOSPERMA PERISPERMA Desenvolvimento do tecido nucelar materno Exemplos: café, beterraba TECIDO DE RESERVA DESENVOLVIMENTO DO EMBRIÃO SEMENTES EXALBUMINOSAS: geralmente dicotiledôneas leguminosas, malváceas, cucurbitáceas, crucíferas TECIDO VIVO? Corte de uma semente de beterraba TEGUMENTO FRUTO E SEMENTE PRIMINA TESTA (Externo) FRUTO OVÁRIO MADURO, COM UMA OU MAIS SEMENTES SECUNDINA - Manter unidas as partes da semente TEGMA (Interno) -Proteção contra agentes externos (bióticos e abióticos): composição, estrutura - Regular trocas de água e trocas gasosas com o ambiente - Regular a germinação e interferir em mecanismos de dormência - Controle da dispersão espacial das sementes: asas, espinhos, pelos mucilagens, substâncias resistentes ao trato digestivo de animais PARTES: a) PERICARPO b) SEMENTE TEGUMENTO ENDOSPERMA (?) EMBRIÃO Eixo EPICARPO MESOCARPO ENDOCARPO Cotilédone(s) FRUTO E SEMENTE FRUTOS SECOS: cariopse (gramíneas). Aquênio (girassol, alface, cenoura), pixídio (beterraba) Vagem e sementes de ervilha 11
FRUTO E SEMENTE FRUTOS CARNOSOS NOZ SÂMARA SÍLIQUA VAGEM APOMIXIA DESENVOLVIMENTO ASSEXUADO DE SEMENTES, COM ESTRUTURA SEMELHANTE ÀS PRODUZIDAS APÓS A FECUNDAÇÃO SÃO SEMENTES FORMADAS APARTIR DE CÉLULAS DIPLÓIDES DO ÓVULO, MEDIANTE DIFERENTES MECANISMOS, SEM QUE TENHA OCORRIDO A FECUNDAÇÃO CARACTERÍSTICAS DO PROCESSO - SUBSTITUI A REPRODUÇÃO PELA PROPAGAÇÃO - NÃO HÁ UNIÃO DE GAMETAS - OCORRE EM PARTES DA PLANTA GERALMENTE ENVOLVIDAS COM A REPRODUÇÃO POR QUE ESTUDAR FORMAÇÃO + MORFOLOGIA DE SEMENTES? TECNOLOGIA DE PRODUÇÃO - Clima - Época de semeadura - Semeadura: manejo do equipamento - Inspeções - Colheita POLINIZAÇÃO E SUAS CONSEQUÊNCIAS: necessidade do conhecimento IMPORTÂNCIA DA POLINIZAÇÃO PUREZA GENÉTICA Isolamento isolamento Fluxo de pólen e risco de contaminação Area de produção de sementes 12
Isolamento pepino Isolamento para produção de sementes de alface: plantas autógamas IMPORTÂNCIA DA POLINIZAÇÃO PUREZA GENÉTICA Proporção linhas masculinas e femininas PUREZA GENÉTICA Despendoamento em milho Manual Mecânico Osvaldo P. Pereira Cristian Carvallo 13
IMPORTÂNCIA DA POLINIZAÇÃO PUREZA GENÉTICA Split Milho, tomate, sorgo, girassol, pepino Semeadura para produção de híbridos de girassol, com duas linhas da linhagem masculina, para seis da feminina: linhas masculinas semeadas uma semana depois Rebeca Unghiatti Proporção linhas masculinas e femininas IMPORTÂNCIA DA POLINIZAÇÃO PUREZA GENÉTICA Machoesterilidade Milho, repolho, cenoura, girassol Produção de sementes de milho doce: proporção de linhas masculinas/femininas é de 4:3. Linhas masculinas semeadas 3, 6 e 10 dias após as femininas. e Rojas Rebeca Unghiatti 14
IMPORTÂNCIA DA POLINIZAÇÃO QUANTIDADE PRODUZIDA Presença de insetos Formato da área Controle de insetos Clima x época de semeadura Temperatura x viabilidade do pólen Polinização Cebola Unghiatti Polinização Cebola colméia: 5 /ha Flor completa do tomateiro (A) e inflorescência com flores em diferentes estádios de desenvolvimento (B) -P.C.T. Melo Pétalas Pistilo Estames Flor de tomate Cone de anteras Ovário Sépalas Aborto de flor A Camada de abscisão B 2- Extração do pólen 1- Emasculação de flores em plantas femininas 3- Armazenamento do pólen 4- Polinização 15
Coleta de pólen Técnicas de cruzamentos controlados POR QUE ESTUDAR FORMAÇÃO + MORFOLOGIA DE SEMENTES? BIOTECNOLOGIA Embriogênese somática + sementes sintéticas Híbrido tomate Híbrido pimentão 16
SEMENTES ARTIFICIAIS OU SINTÉTICAS CONCEITO: a) Embrião encapsulado b) Embriões somáticos, brotos ou outros tecidos encapsulados artificialmente que podem ser utilizados para cultivo in vitro ou ex vitro (Aitken-Christie et al., 1994) ÉUMA MODALIDADE DE CULTURA DE TECIDOS DE PLANTAS MEDIANTE A ENCAPSULAÇÃO DE EMBRIÕES SOMÁTICOS semente Dsintética de café CÁPSULAS DE HIDROGEL: alginato de sódio, resinas plásticas de óxido de polietileno + reservas + agentes protetores + microrg. benéficos +... POR QUE ESTUDAR FORMAÇÃO + MORFOLOGIA DE SEMENTES? abacaxi mandioca AVALIAÇÃO DA QUALIDADE Testes de rotina e testes rápidos Pureza física, exame de silvestres, germinação, sanidade, tetrazólio Feijão Embrião zigótico encapsulado IDENTIFICAÇÃO DE CULTIVARES POR QUE ESTUDAR FORMAÇÃO + MORFOLOGIA DE SEMENTES? Aspecto normal ou anomalia? RECONHECIMENTO DA MATURIDADE FISIOLÓGICA BENEFICIAMENTO Escolha de máquinas para separação Planejamento de linhas de fluxo Injúrias mecânicas a sementes vazias b pouco desenvolvida c cheiacheia RECONHECIMENTO DE PROBLEMAS E SUA EXTENSÃO Fagus silvatica L. 17
Sementes mal formadas Semente -vazia e cheia 1 2 3 FISSURAS INTERNAS PROVOCADAS POR INJÚRIAS MECÂNICAS, NÃO IDENTIFICADAS EXTERNAMENTE PODEM PROVOCAR ANORMALIDADE NA GERMINAÇÃO (Flor, 2003). 1. Imagem externa; 2. Radiografia; 3. Plântula anormal 1 A A 2 B B Imagens radiográficas (A e B) de sementes da classe 50-75% (proporção embrião+endosperma/cavidade interna) e respectivas imagens fotográficas (A e B ) das plântulas anormal e normal resultantes do teste de germinação 1 (A) - maior espaço (área escura entre o endosperma e o embrião), maior incidência de plântulas anormais (A ); 2 (B) - menor espaço (área escura entre o endosperma e o embrião), maior incidência de plântulas normais (B ) (Gagliardi e Marcos Filho, 2010) 18